JPH0321175A - 容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器を使用する焦点平面アレイ読取り装置 - Google Patents

容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器を使用する焦点平面アレイ読取り装置

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JPH0321175A
JPH0321175A JP2078555A JP7855590A JPH0321175A JP H0321175 A JPH0321175 A JP H0321175A JP 2078555 A JP2078555 A JP 2078555A JP 7855590 A JP7855590 A JP 7855590A JP H0321175 A JPH0321175 A JP H0321175A
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Steven D Gaalema
ステイーブン・デイー・ガーレマ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、焦点平面アレイに関し、特に焦点平面アレ
イ中の各列のための単一の容量性フィードバックトラン
スインピーダンス増幅器を使用する焦点平面アレイ読取
り装置に関する。
［従来の技術コ 現在存在している高性能直接読取り装置は一般に各ユニ
ットセル中にいくつかのトランジスタを必要とし、一つ
のユニットセルは焦点平面アレイの検出素子からの電荷
を蓄積する回路を備えている。代表的なユニットセル中
で使用されるトランジスタの数は４である。結果として
小さいユニットセルで、高い充填係数（全ユニットセル
面積と検出器面積との比率）でモノリシック焦点平面ア
レイを構成することは可能ではなかった。ハイブリッド
焦点平面アレイでは入力回路特性はその様な通常の回路
を使用することから妥協しなければならない。電荷結合
装置読取りは回路またユニットセル中に大きなスペース
を必要とし、そのため同様の欠点がある。
ユニットセル中で２個のトランジスタしか必要としない
読取り装置が開発されている。このような装置は文献に
記載されている（例えばＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ　ｏｎ　ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ，　ＣＢ−３２，Ｎｏ．３，　１９８６年のノダマサ
ル氏の論文）。この方法はユニットセルに多くのスペー
スを必要とするのに加えて低雑音の高速増幅器が必要で
あり、実現は非常に困難である。
単一のトランジスタのユニットセルは過去においてフォ
トダイオードアレイの読取り回路に使用されている。し
かしながらこの報告された装置はフィードバック強調直
接注入回路のような信号抽出回路を使用し、その雑音特
性は所望のものよりも劣っている。このような単一のト
ランジスタのユニットセルの代表的なものは文献に記載
されている（例えばＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ
ｓ　ｏｎ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，　ＦＥＤ
−３２，　Ｎｏ．８．　１９８５年のアンドウハルヒサ
氏の論文参照）。
［発明の解決すべき課題］ このような通常の焦点平面読取り装置のいくつかの欠点
、すなわち比較的大きいユニットセルおよび所望の程度
に達しない回路性能を克服することを目的とするもので
ある。
［課題解決のための手段］ この発明は、上記の目的を達或するために各セルにただ
１個のトランジスタしか使用しない読取り回路を提供す
るものである。さらに単一の容量性フィードバックトラ
ンスインピーダンス増幅器が使用されて検出素子のアレ
イの各列の出力を処理する。容量性フィードバックトラ
ンスインピダンス増幅器はアレイの特定の行に沿って画
素と関連する信号を抽出する。
この発明によれば、ユニットセル中の回路が非常に少な
くてしかも高性能の読取り回路を可能にする。アレイの
読取りおよびリセット機能を行うためには各セルにはた
だ１つの赦小の大きさの１・ランジスタスイッチが必要
であるに過ぎない。ユニットセル中の残りのスペースは
モノリシック焦５ 点平面アレイで高い検出器充填係数が得られるように、
或いはハイブリッド焦点平面アレイで入力回路特性が改
善されるように利用される。
さらに詳しく説明すると、開示された実施例において、
この発明は検出素子の焦点平面アレイで使用される読取
り回路を具備している。この読取り回路はユニットセル
のアレイを備え、各セルは検出器人力回路と、単一のト
ランジスタと、単一の電荷蓄積キャパシタとにより構成
されている。
複数の行アドレス回路がそれぞれアレイの各行中のセル
に結合されている。複数の容量性フィードバックトラン
スインピーダンス増幅器がアレイの各列中のセルにそれ
ぞれ結合されている。この増幅器は検出素子から出力さ
れ、各ユニットセル中の電荷蓄積キャパシタ中に蓄積さ
れていた電荷を処理する。
複数の列多重化回路は容量性フィードバックトランスイ
ンピーダンス増幅器のそれぞれに結合され、それは各増
幅器により出力された出力信号を多重化する。複数の列
アドレス回路はそれぞれ列６ 多重化回路に桔合され、読取り回路からの出力として各
多重化回路からの出力信号を結合する。
この発明のその他の１」的および特徴は添付図面を参照
にしたて以ｆの実施例の詳細な説明により明白になるで
あろう。
［実施例］ 第１ａ図を参照すると、この発明の１実施例の黒点平面
アレイ読取り同路１０のブロック図が示されている。読
取り同路１０は図示のように４×４のセルのアレイのよ
うなユニットセル１２（Ｌ２ａ・・）のアレイ１１を具
備している。行アドレス回路ｌ３は複数の行（Ｙ）アド
レス回路１３ａ〜１３ｄから構成され、アレイ１１の特
定の行中の各セル１２に結合されている。セル１２に対
する特定の接続は第１ｂ図を参照にして以下説明する。
第１ｂ図には第１ａ図の読取り回路１０のユニットセル
１２が示されている。ユニッ１・セル１２は検出器人力
回路２１を砲え、その入力は焦点平面アレイの検出素子
に結合されており、その出力はスイッチとして動作する
単一の］・ランジスタ２２を通過するように粘合されて
いる。電荷蓄積キャパシタ２３は検出器人力回路２１と
トランジスタ２２との接続点と接地点との間に結合され
ている。トランジスタ２２のゲー１・は、特定のセル１
２が水平信号線２５に沿って配置されている行をアドレ
スするために使用される選択された行アドレス回路１．
３ａ〜ｌａｄに粘合されている。トランジスタ２２のド
レインは垂直信号線２４に結合され、それはユニットセ
ル１２から電荷を結合して取出す。
第１ａ図を参照すると、アレイの各列の垂直信号線２４
はそれぞれ別々の容量性フィードバックトランスインピ
ーダンス増幅器Ｌ５ａ〜１５ｄに結合されている。各容
量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器１５
ａ〜１５ｄはアレイの特定の列のユニットセルに結合さ
れ、それら増幅器１５ａ〜１５ｄの出力はそれそれ列多
重化回路１６ａ〜１１３ｄに結合されている。容量性フ
ィードハックトランスインピーダンス増幅器１５ａ〜Ｌ
５ｄは技術的によく知られている（米国特許第４．７８
Ｇ，８３１号明細書参照）。
列アドレス回路１７ａ〜１７ｄはそれぞれ各列多重化回
路ｌｅａ−ＩＧｄに結合されており、読取り回路１０か
らの出力信号としてそこから信号を読取るために各列多
重化回路１．８ａ〜１６ｄをアドレスするために使用さ
れる。第１ａ図に示すように、出力駆動装置１９は読取
り回路ＩＯからの出力信号を駆動するために列多重化回
路ｌｅａ〜Ｌｅｄに結合されている。この出力駆動装置
１９は所望であれば増幅された出力信号を出力させるた
めに使用されることもできる。しかしながら場合によっ
てはこの出力駆動装置１９は必要なく、したがってこれ
は随意の回路である。
第２図を参照すると、この発明による焦点平面アレイ読
取り回路１０中で使用される容量性フィードバックトラ
ンスインピーダンス増幅器１５ａお゛よびユニットセル
１２の詳細が示されている。回路構或は図示のように比
較的単純であり、以下のサブ回路から構成されている。
読取り回路１０はユニッ１・セル１２を備え、それは検
出器３１を含み、この検出器３１は例えばショッツキ検
出器または水銀カド９ ミウムテルル検出器のような検出器でよく、その出力は
ユニッｌ・セルｌ・ランジスタ２２を通るように接続さ
れている。
検出器リセットトランジスタ３２および２個のトランジ
スタ３３．　３４とキャパシタ３５とて構成された任意
の電荷注入回路３０は容量性フィードバックトランスイ
ンピーダンス増幅器１．５ａの入力に結合されている。
電荷注入回路３０は動作点を調整するために容量性フィ
ードバックトランスインピーダンス増幅器１．５ａに電
荷を注入する。容量性フィードバックトランスインピー
ダンス増幅器１５ａは増幅器リセットスイッチ３８およ
びフィードバックキャパシタ３９を備え、その１次増幅
回路４０は４個の１・ランジスタ４１，　４２，　４３
．　４４およびキャパシタ４５を有している。この増幅
回路４０はダイナミックブートストラップ負荷を備えた
通常の反転増幅器として動作する。増幅回路４０はまた
所望の増幅機能を行うように構威された多くの実施態様
の一つである。
クランプ回路５０は結合キャパシタ５１、トランジ１０ スタ５２から構成され、容量性フィードバックトランス
インピーダンス増幅器１５ａと３個のトランジスタ６１
，　６２，　！および抵抗６４により構成されたソース
フォロアバッファ回路６０との間のインターフエイスを
行う。クランプ回路５０はリセット雑音を減少させ、容
量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器１５
ａ中のＤＣ非均一性を除去する。
バッファ回路ＢＯはクランプキャパシタ５ｌをキャパシ
タ７２から分離し、読取り回路１０のその部分における
利得減少を生じる相互作用を阻止する。
バッファ回路６０の出力はトランジスタ７１およびキャ
パシタ７２により構成されたサンプルおよび保持回路７
０に結合される。サンプルおよび保持回路７０は列多重
化動作中キャパシタ７２中に蓄積された信号を容量性フ
ィードバックトランスインピーダンス増幅器１５ａから
分離する。列多重化回路１［ｉａは２個のトランジスタ
８１．　８２から構成されている。
列多重化回路１［１ａの出力は出力バスライン２６によ
り出力駆動装置ｌ９に信号を結合する。
以下の表１に第２図の回路に供給される典型的１１ なバイアスおよびクロツク電圧を示す。
表　　　１ 項目 検出器３ｌのアノード トランジスタ３２の左方の端子 トランジスタ３４の下方の端子 トランジスタ４１の下方の端子 トランジスタ４２のゲート トランジスタ４４の上方の端子 トランジスタ４３の上方の端子 キャパシタ４５の底部極板 トランジスタ５２の上方の端子 トランジスタ６３の上方の端子 トランジスタ６ｌの下方の端子 トランジスタ６２の下方の端子 抵抗６４上の供給バイアス キャパシタ７２の底部極板 トランジスタ８ｌの上方の端子 １　２ 項目　　　　　　　　クロック　低　高行選択（２２の
ゲート）０８ ３２のゲート　　　　　　　　　　　　　　０８３３の
ゲート　　　　　　　　　　　　　　０８３４のゲート
０８ ３８のゲート　　　　　　　　　　　　　　０８４４の
ゲート　　　　　　　　　　　　　　Ｏ８５２のゲート
　　　　　　　　　　　　　　０８７１のゲート　　　
　　　　　　　　　　０８列選択（８２のゲート）０８ 第１図および第２図に記載された回路の動作サイクルは
次のとおりである。アレイ１１中のユニットセルの新し
い行が選択される前に、容量性フィードバックトランス
インピーダンス増幅器１５ａ〜１５ｄはリセッ１・トラ
ンジスタ３８を使用してリセットされる。この作用は容
量性フィードバックトランスインピーダンスま曽幅器１
５ａ−１５ｄをそれらが入力で電荷を感知するモードに
する。それからユニットセル｛２の新しい行が選択され
、それにおい１３ て行アドレス回路３は新しい行を付勢するパルスを発生
する。これは選択された行の各ユニットセル１２中のト
ランジスタ２２をオンに切換える。ユニットセルｌ２中
のキャパシタ２３に蓄積されていた電荷はそのユニット
セルｌ２に結合されている検出素子からの光電流の積分
により形成されており、垂直信号線２４に転送される。
各容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器
１５ａ−１５６は蓄積された電荷に比例する出力信号を
生成することによって応答する。アレイｌ１の各列と関
連する容量性フィードバックトランスインピーダンス増
幅器１５ａ〜１５ｄが存在するためすべての行は同時に
処理される。容量性フィードバックトランスインピーダ
ンス増幅器１５ａ〜１５ｄの出力が安定した後信号レベ
ルが読取られる。
サンプルおよび保持回路７０は読取りに先立って増幅器
１５ａ〜１５ｄからの信号を分離するために使用される
。信号は標準の多重化技術を使用して読出される。列ア
ドレス回路ｌ７は連続する列をエネーブルにし、特定の
瞬間にアドレスされた列からの１４ 信号は出力ハスライン２６に接続され、出力駆動装置１
９により読取り回路ｌＯから出力される。
各列からの信号が読取られた後、現作アドレスされてい
る行のユニッ１・セルｌ２はリセッ１・１・ランジスタ
３２を使用してリセットされる。これは全ての垂直信号
線２４を同時に強制的に共通のリセッ１・電圧にするこ
とによって行われる。この行に沿ったユニットセルＩ２
のトランジスタ２２はまたオンであるから、電荷蓄積キ
ャパシタ２３は垂直信号線２４の電圧にリセットされる
。行アドレス回路１３からの行エネーブルパルスは／ｒ
′４勢され、電荷蓄積キャパシタ２３をリセッ１・電圧
のままにする。これらのキャパシタ２３はこの行が再び
アドレスされるまで次のフレーム期間中光電流を積分す
る。
以上説明した動作ザイクルは次の行に対して繰り返され
る。容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅
器１５ａ〜Ｉ．５ｄはリセットされる。
ユニッ１・セルｌ２の新しい行か旬勢され、読取りシー
ケンスの残りか繰り返される。
第２図の回路形態はこの発明を実現する多数の］　５ 可能な実施態様の一例に過ぎない。第２図の回路は性能
を改善するその他の特徴を備えている。例えばサンプル
および保持回路７０のような任意のサンプルおよび保持
回路またはクランプおよびサンプル回路が雑音および非
均一性を最小にするために使用されることができる。雑
音を減少させるために帯域制限が使用されてもよい。任
意の電荷注入回路３０のような予備充電川路が雑音を減
少させ、ダイナミックレンジを制御するために使用され
ることができ、アナログ非均一性を補償することができ
る。これら、その他の技術は特定の使用目的の要求に合
致するように容量性フィードバックトランスインピーダ
ンス増幅器の設計を最適のものにするために使用される
ことができる。
以上新しい改善された焦点平面アレイ読取り回路か説明
され、それは単一１・ランジスタのユニットセルを使川
し、アレイ読取りにおいて各列に対して１個の容量性フ
ィードバックトランスインピダンス土曽幅器を備えてい
る。」二記の実施例はこの発明の原理の適用による多数
の実施例の一部の１６ ものの単なる例示に過ぎないことを理解すべきである。
当業者にはこの発明の技術的範囲を逸脱することなく多
くのその他の構成が容易に予想されるることは明白であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図はこの発明の１実施例の焦点平面アレイ読取り
回路のブロック図である。 第］ｂ図は第１ａ図の読取り回路のユニットセルを示す
図である。 第２図はこの発明の１実施例の焦点平面アレイ読取り回
路に使用される容量性フィードバックトランスインピー
タ′ンス土曽幅器およびユニットセノレの詳細図である
。 １０・・・読取り回路、１２・・・ユニットセル、１３
・行アドレス回路、１５・・容量性フィードバックトラ
ンスインピーダンス増幅器、１６・列多重化回路、１７
・・・　１９・・・出力駆動装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）予め定められた数の行および列に配置された検出
    素子を有する焦点平面アレイで使用される焦点平面アレ
    イ読取り回路において、 焦点平面アレイの検出素子から出力される電荷を受けて
    蓄積する電荷蓄積および転送手段をそれぞれ備えていユ
    ニットセルのアレイと、 ユニットセルのアレイの各行に結合された行アドレス手
    段と、 ユニットセルの選択された行の電荷蓄積および転送手段
    中に蓄積された電荷を処理するためにアレイのユニット
    セルの各列中のセルに結合された容量性フィードバック
    トランスインピーダンス増幅手段と、 容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅手段
    のそれぞれに結合されてそれらにより出力される出力信
    号を多重化する列多重化手段と、列多重化手段に結合さ
    れ、列多重化手段のそれぞれをアドレスし、それにより
    読取り回路から出力信号を出力させる列アドレス手段と
    を具備していることを特徴とする焦点平面アレイ読取り
    回路。
  2. （２）容量性フィードバックトランスインピーダンス増
    幅手段の入力に結合された電荷注入手段を備えている特
    許請求の範囲第１項記載の装置。
  3. （３）容量性フィードバックトランスインピーダンス増
    幅手段の出力に結合されたクランプ回路手段を具備して
    いる特許請求の範囲第１項記載の装置。
  4. （４）容量性フィードバックトランスインピーダンス増
    幅手段の出力に結合されたバッファ回路手段を具備して
    いる特許請求の範囲第１項記載の装置。
  5. （５）バッファ回路手段に結合されたサンプルおよび保
    持回路手段を具備している特許請求の範囲第４項記載の
    装置。
JP2078555A 1989-03-27 1990-03-27 容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器を使用する焦点平面アレイ読取り装置 Granted JPH0321175A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US329,229 1989-03-27
US07/329,229 US5043820A (en) 1989-03-27 1989-03-27 Focal plane array readout employing one capacitive feedback transimpedance amplifier for each column

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Publication Number Publication Date
JPH0321175A true JPH0321175A (ja) 1991-01-29
JPH0550189B2 JPH0550189B2 (ja) 1993-07-28

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JP2078555A Granted JPH0321175A (ja) 1989-03-27 1990-03-27 容量性フィードバックトランスインピーダンス増幅器を使用する焦点平面アレイ読取り装置

Country Status (5)

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US (1) US5043820A (ja)
EP (1) EP0389969B1 (ja)
JP (1) JPH0321175A (ja)
DE (1) DE69023527T2 (ja)
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